Speciální technologie

Skupina speciálních technologií se zabývá:

Vývojem technologií a konstrukcí technologických zařízení, která představují nezbytné zázemí pro stavbu elektronově optických přístrojů pracujících ve vakuovém, resp. ultravysokovakuovém prostředí. Mezi tyto technologie patří především svařování a obrábění elektronovým svazkem, pájení ve vakuu, vývoj a výroba vakuových průchodek apod.
Magnetronovým naprašováním, kterým vytváří povlaky např. Al, Si ,Mo, Ti, Ni, Ag, C, ITO, Nb, W, TiN, Si₃N₄, SiO₂ a jejich kombinací. Skupina zvládla přípravu multivrstvých systémů pro rentgenovou optiku, tvořených dvouvrstvami nanometrových tlouštěk o sumární tloušťce desetin mikrometru s přesností v oblasti desetin nanometru.
Vakuovým napařováním elektronovým svazkem a spektrofotometrickým měřením jejich spektrální odrazivosti a propustnosti.
Otěruvzdornou ochranou nástrojů perspektivními povlaky uhlíku, nitridu uhlíku, nanostrukturovaných multivrstev a nanokompozitů na bázi uhlíku.
Charakterizací tvrdých otěruvzdorných povlaků dynamickým impaktním testerem (jako jedno ze dvou pracovišť v ČR).

Téma: Svařování elektronovým svazkem

Svařování elektronovým svazkem patří mezi tavné způsoby spojování materiálů a používá se k němu fokusovaný svazek elektronů s vysokou energií 30 keV až 200 keV. Při dopadu elektronů je jejich kinetická energie přeměněna v teplo, které lokálně ohřívá svařované součásti. Svařování probíhá zpravidla bez přídavného materiálu a v závislosti na parametrech aparatury lze na jeden průchod spojovat značné tloušťky materiálu . Celý proces probíhá ve vakuu o tlaku 10−2 až 10−3 Pa, které funguje jako „ochranná atmosféra“ umožňující svařovat i reaktivní kovy (např. Ti). Nelze však svařovat kovy s vysokou tenzí par (např. Zn, Cd, Mg). Přes vysokou finanční náročnost si elektronové svařování svými charakteristickými a unikátními vlastnostmi vydobylo pevné postavení v mnoha významných průmyslových odvětvích, jako např. v automobilovém, jaderném, kosmickém a leteckém průmyslu.

K hlavním výhodám elektronového svařování patří:

vysoký poměr hloubky svaru k jeho šířce, blížící se hodnotě 25:1, a to s charakteristickým nožovým průřezem,
hluboké průvary na jeden průchod (až desítky centimetrů),
svařování kovových materiálů bez ohledu na jejich tavicí teplotu,
minimální rozměr tepelně ovlivněné oblasti a následně i její minimální deformace,
vysoká produktivita svařování,
čistota svaru, vakuové přetavení kovu.

Pracoviště ÚPT je vybaveno třemi elektronovými svářečkami vlastní výroby, které mají válcovou komoru a manipulátor zajišťující rotaci a vertikální posuv svařované součásti. U všech aparatur může být poloha elektronového děla na komoře volena tak, že jeho osa je buď kolmá na osu rotačního manipulátoru nebo s ní rovnoběžná a je tedy možné provádět radiální nebo axiální svary. Technické parametry systémů jsou následující:

Modernizovaná elektronová svářečka ES-2 s komorou o průměru 600 mm a hloubce 490 mm je vybavena elektronovou tryskou 50 kV/1,5 kW.
Stolní elektronová svářečka SES-1 s komorou o průměru 235 mm a hloubkou 165 mm umožňuje zvětšit komoru pomocí nástavců a obsahuje elektronovou trysku 50 kV/1,5 kW. Svařenec je možné pozorovat v režimu rastrovacího elektronového mikroskopu (REM režim).
Experimentální stolní elektronová svářečka MEBW-60/2-E má komoru se stejnými rozměry jako SES-1, ale je vybavena elektronovou tryskou 60 kV/2 kW. Elektronika svářečky je plně digitalizovaná a přes ovládací pult lze svařovat v několika základních režimech. Ovládání procesu přes osobní počítač umožňuje i pokročilé režimy jako svařování po křivce a gravírování (lokální řízené přetavování povrchu).

Aplikace elektronové svářečky:

vakuové komponenty (fitinky, ventily),
komponenty pro jadernou energetiku (např. tepelné výměníky),
kombinace kovů s rozdílnými fyzikálními vlastnostmi (např. hliník s titanem, niklem nebo stříbrem, měď s nerezí, titan s ocelí apod.),
svařování těžko tavitelných kovů jako molybden nebo wolfram,
svařování reaktivních kovů jako zirkon apod.

Kontakt: Ing. Martin Zobač, PhD., Ing. Ivan Vlček, PhD.,
e-mail: zobac@isibrno.cz, iv@isibrno.cz, tel: 541514297 (společný)
Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/Svarovani

Téma: Vakuové pájení a žíhání

Skupina speciálních technologií disponuje rozsáhlými zkušenostmi s vakuovým pájením, a to např. stříbrem, mědí nebo niklovou pájkou. Ke spojování kovů s křehkými nekovovými materiály zavedla pájení tvárnými aktivními pájkami. Totéž zařízení se využívá i k žíhání součástek ve vakuu.

Pracoviště ÚPT disponuje dvěma vakuovými pecemi s následujícími parametry:

Modernizovaná vakuová pec PZ 810 z produkce Tesly Rožnov:
max. rozměry vsázky: průměr 350 mm, výška 590 mm,
max. dlouhodobá teplota 1400 °C, molybdenový topný a stínící systém,
vakuum 5×10^-2 Pa až 1 Pa podle typu vsázky a pracovní teploty,
IR ohřev molybdenovým topným košem,
maximální rychlost nárůstu teploty 1500°C za hodinu,
chladnutí bez použití inertního chladiva (přirozené ve vysokém vakuu),
doba ochlazování okolo 8 hodin.
Laboratorní pec vlastní konstrukce, vhodná pro pájení a tepelné zpracování menších součástek:
rozměry vsázky: průměr 150 mm, výška 200 mm,
možnost nastavení komory pro pájení trubek o max. průměru 18 mm,
maximální teplota 1100°C.

Kontakt:Ing. Martin Zobač, PhD., Ing. Ivan Vlček, PhD., e-mail: zobac@isibrno.cz, iv@isibrno.cz, tel: 541514297 (společný) Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/VakuovePajeni

Téma: Vývoj a výroba vakuových průchodek

Skupina speciálních technologií vyvíjí a vyrábí metodou skleněného zátavu (zátav s kovarovým sklem nebo tlakový zátav) vakuové elektrické průchodky, které lze přivařit na příruby. Na pracovišti jsou dostupné následující kategorie a typy průchodek:

jednokolíková vakuová průchodka pro teplotní rozsah –196°C až +400°C,
sedmi- a dvanácti-kolíkové průchodky pro teplotní rozsah –196°C až +400°C,
proudové průchodky pro teplotní rozsah –60°C až +300°C,
vysokotlaké průchodky pro jaderný průmysl pro teplotní rozsah –60°C až +300°C,
zákaznické průchodky.
různá vakuová zařízení včetně ultravysokovakuových (UHV) jako elektronové mikroskopy apod.,
jaderná energetika.

Kontakt: Ing. Martin Zobač, PhD., Ing. Ivan Vlček, PhD.,
e-mail: zobac@isibrno.cz, iv@isibrno.cz, tel: +420 541 514 297 (společný)
Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/…ovePruchodky

Téma: Depozice tenkých vrstev magnetronovým naprašováním a jejich dynamické rázové testování

Tenké vrstvy připravujeme pomocí vysokofrekvenčního magnetronového naprašování na komerčním zařízení LEYBOLD-HERAEUS Z 550. Toto zařízení umožňuje produkovat malé série nebo jednotlivé kusy substrátů s maximálním průměrem 100 mm a tloušťkou 20 mm. Naprašovačka je vybavena třemi magnetrony s průměrem terče 152 mm pro naprašování až tří různých materiálů během jednoho vakuového cyklu. Pro speciální účely je možné přivést na substrát elektrické napětí (tzv. naprašování s předpětím, iontové leptání) a podložku lze před depozicí ohřívat.

Aplikace magnetronového naprašování:

Deponujeme multivrstvy pro rentgenovou optiku v kombinacích dvojvrstev molybden/křemíkové, nikl/uhlíkové, skandium/křemíkové a.j., vhodné pro rentgenové záření v rozmezí vlnových délek od 12 nm do 50 nm. Maximální hodnoty odrazivosti pro kolmý dopad dosahují až 70 %.
Pro velmi krátké vlnové délky rentgenového záření (pod 4 nm) nemohou být multivrstvé systémy použity kvůli nerovnostem rozhraní, která způsobují značnou degradaci odrazivosti. Přesto jsou periodické multivrstvy použitelné pro šikmý dopad, při němž poskytují odrazivost mnohem vyšší než monovrstvové povlaky.

V současné době jsme jedním ze dvou pracovišť v ČR, která nabízejí charakterizaci tvrdých otěruvzdorných nanokompozitních a multivrstvých povlaků dynamickým rázovým testerem. Během testování je povrch vzorku cyklicky zatěžován úderem wolfram-karbidovou kuličkou, simulujícím dynamické namáhání systému vrstva/podložka například u razníků, obráběcích nástrojů, povlakovaných částí automobilových motorů a další.

Kontakt: Ing. Jaroslav Sobota, CSc.
e-mail: sobota@isibrno.cz, tel: +420 541 514 256
Podrobnější informace: http://ebt.isibrno.cz/Naprasovani

Téma: Depozice interferenčních vrstev vakuovým napařováním elektronovým svazkem a spektrofotometrické měření jejich spektrální odrazivosti a propustnosti

Tenké vrstvy připravujeme vakuovým napařováním elektronovým svazkem na zařízení Balzers BAK550 vybaveném dvěma elektronovými děly. Podložky lze před depozicí ohřívat. Zařízení umožňuje produkovat malé série substrátů s maximálním průměrem 180 mm nebo obdélníky 170 mm x 120 mm. Jsme schopni deponovat následující materiály: TiO₂, SiO₂, Ta₂O₅, ZrO₂, CeO₂, HfO₂, Y2O₃, MgO, Al₂O₃, MgF₂, Na₃AlF₆.

Aplikace:

Aplikacemi jsou interferenční filtry pro viditelnou, blízkou UV a blízkou IR oblast světelného spektra. Příklady filtrů jsou:

antireflexní vrstvy
neabsorbující zrcadla
studená zrcadla
tepelné filtry
barevné (dichroické) filtry
hradící a pásmové filtry
děliče světla
polarizátory
nepolarizující odražeče
monochromatické filtry

Měření spektrální odrazivosti a propustnosti provádíme na spektrofotometru Varian Cary 5E.

Kontakt: RNDr. Pavel Pokorný, Mgr. Jindřich Oulehla
e-mail: pok@isibrno.cz, oulehla@isibrno.cz, tel: +420 541 514 257 (226)